《化工单元操作》牛顿粘性定律与流体的粘度（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《化工单元操作》牛顿粘性定律与流体的粘度-讲义 1、了解粘度及其单位，了解牛顿粘性定律。 知识点一 流体的内摩擦力 由于粘性存在，流体在管内流动时，管截面不同半径处的速度并不相同，而是形成某种速度分布。管中心 处的速度最大，愈靠近管壁速度愈小，在管壁处速度为零。当流体在圆管内以较低的平均速度流动时，实际上 是被分割成无数极薄的圆筒层，各层以不同的速度向前运动。这种运动着的流体内部相邻两流体间产生相互 作用力，称为流体的内摩擦力。它是流体粘性的表现，流体流动时的内摩擦是流动阻力产生的依据。 同样，设有上下两块平行放置且面积很大而相距很近的平板，板间充满了某种液体。若将下板固定，对上板施 加一个恒定的外力，上板就以较低的恒定速度u 沿 x 方向运动。此时，两板间的液体就会分成无数平行的薄层 而运动，粘附在上板底面的一薄层液体也以速度u 随上板运动，其下各层液体的速度依次降低，粘附在下板表 面的液体速度为零，形成线性的速度分布。相邻两流体层产生粘性摩擦力。 流体的内摩擦力与（ ）无关。 A. 流体的温度 B. 流体的种类 C. 流道的形状 D. 流体的速度梯度 【答案】C 【解析】流体的内摩擦力与流体的温度、种类以及速度梯度有关，流道形状主要影响流体的流动形态等，与内摩擦力没有直接关系。 1. 下列流体中，内摩擦力最小的是（ ） A. 水 B. 空气 C. 甘油 D. 机油 【答案】B 【解析】一般来说，气体的内摩擦力比液体小，在这几种流体中，空气是气体，水、甘油、机油是液体，所以空气内摩擦力最小。 2. 流体流动时产生内摩擦力的根本原因是（ ） A. 流体具有黏性 B. 流体具有流动性 C. 流体具有可压缩性 D. 流体具有表面张力 【答案】A 【解析】流体的黏性是产生内摩擦力的根本原因，正是因为流体有黏性，当流层之间有相对运动时才会产生内摩擦力。 3. 对于牛顿型流体，内摩擦力与速度梯度成（ ） A. 正比 B. 反比 C. 不成比例 D. 二次方关系 【答案】A 【解析】牛顿型流体的内摩擦力遵循牛顿黏性定律，与速度梯度成正比。 1. 当流体的温度升高时，其黏性（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不确定 【答案】D 【解析】对于液体，温度升高，黏性减小；对于气体，温度升高，黏性增大，所以总体来说不确定，要看具体是哪种流体。 2. 下列关于流体内摩擦力的说法，正确的是（ ） A. 静止流体也有内摩擦力 B. 内摩擦力只存在于层流中 C. 内摩擦力的大小与接触面积无关 D. 内摩擦力的方向与相对运动方向相反 【答案】D 【解析】静止流体没有相对运动，不存在内摩擦力；内摩擦力在层流和湍流中都存在；内摩擦力大小与接触面积有关；内摩擦力的方向与相对运动方向相反，阻碍流体的相对运动。 3. 运动黏度与动力黏度的关系是（ ） A. 运动黏度 = 动力黏度 × 密度 B. 运动黏度 = 动力黏度 ÷ 密度 C. 动力黏度 = 运动黏度 × 密度 D. 动力黏度 = 运动黏度 ÷ 密度 【答案】B 【解析】运动黏度即运动黏度等于动力黏度除以密度。 · 定义：流体内部相邻流层间的相对运动产生的阻力。 · 影响因素：与流体的黏度、流速梯度及接触面积有关。 · 作用：阻碍流体流动，影响流体的流动状态和能量损失。 知识点二 牛顿粘性定律 流体流动时的内摩擦力大小与哪些因素有关?实验证明，对于一定的液体，内摩擦力与两流体层的速度差成正比；与两层之间的垂直距离成反比；与两层间的接触面积成正比。 内摩擦力与作用面平行。单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以τ表示,当流体在圆管内以较低速度流动时，径向速度变化是非线性，而是形成曲线关系，此时上式应改写为，为速度梯度，即在与流动方向垂直的方向上的速度的变化率。 μ——比例系数，其值随流体的不同而异，粘性越大其值愈大。所以称为动力粘度，简称为粘度。上式所表示的关系，称为牛顿粘性定律。 牛顿粘性定律适用于（ ） A. 理想流体 B. 所有流体 C. 牛顿流体 D. 非牛顿流体 【答案】C 【解析】牛顿粘性定律只适用于牛顿流体，理想流体无黏性，不遵循该定律，非牛顿流体不满足与速度梯度成正比的关系。 1. 某牛顿流体在两平行平板间作层流流动，若下板静止，上板以速度u匀速运动，板间距为h，则两板间流体的速度分布为（ ） A. 直线分布 B. 抛物线分布 C. 双曲线分布 D. 对数分布 【答案】A 【解析】在两平行平板间作层流流动的牛顿流体，速度分布为直线分布，速度梯度为常数。 2. 当温度升高时，牛顿流体的动力黏度（ ） A. 对于液体增大，对于气体减小 B. 对于液体减小，对于气体增大 C. 对于液体和气体都增大 D. 对于液体和气体都减小 【答案】B 【解析】液体分子间距小，温度升高，分子间作用力减弱，动力黏度减小；气体分子间距大，温度升高，分子热运动加剧，动力黏度增大。 3. 下列流体中，最接近牛顿流体性质的是（ ） A. 泥浆 B. 油漆 C. 水 D. 血液 【答案】C 【解析】水在一般情况下，其黏性特性基本符合牛顿流体定义，泥浆、油漆、血液多为非牛顿流体。 1. 牛顿流体在圆管内层流流动时，管中心处速度梯度为（ ） A. 最大值 B. 最小值但不为零 C. 零 D. 与管壁处相同 【答案】C 【解析】圆管内层流流动时，速度分布为抛物线形，管中心处速度最大且速度变化率为零，即速度梯度为零。 2. 当流体的压强增大时，牛顿流体的动力黏度（ ） A. 增大 B. 减小 C. 对于液体基本不变，对于气体略有增大 D. 对于液体和气体都基本不变 【答案】C 【解析】对于液体，压强对动力黏度影响极小，可忽略不计；对于气体，压强增大，动力黏度略有增大。 3. 下列关于牛顿流体和非牛顿流体的说法，正确的是（ ） A. 牛顿流体的内摩擦力与速度成正比 B. 非牛顿流体的内摩擦力与速度梯度无关 C. 牛顿流体的剪应力与速度梯度成正比 D. 非牛顿流体不能流动 【答案】C 【解析】非牛顿流体的内摩擦力与速度梯度关系不符合牛顿粘性定律，但并非与速度梯度无关，且非牛顿流体也能流动。 · 内容：流体的内摩擦力与流体的黏度、速度梯度成正比，与接触面积成正比。 · 公式：τ=μdu/dy​，其中 τ 为剪应力，μ 为黏度，du/dy​ 为速度梯度。 · 适用范围：仅适用于牛顿流体，如水、空气等。 知识点三 流体的粘度 1.动力粘度(简称粘度)或绝对粘度 粘度的单位，法定单位制中，粘度的单位为：Pa·s,物理单位制中称为P(泊),不同单位之间的换算关系为：1cP=0.01P=0.001Pa·s。 2.运动粘度 工程中流体的粘度还可用μ/p来表示，这个比值称为运动粘度，即λ=μ/p, 法定单位制中其单位为m²/s;物理制中为cm²/s,称为斯托克斯，简称池，以St表示。1St=100cSt=10⁻⁴m²/s。 3.影响粘度值的因素 粘度为物性常数之一，随物质和状态而变。同一物质，液态粘度值随温度升高而减小，气体的粘度是分子热运动时互相碰撞的表现，其值随温度升高而增大。工程中一般忽略压强对粘度的影响。 以下哪种情况会使流体的粘度测量值不准确 （ ） A. 测量时流体温度稳定 B. 测量仪器清洁且校准 C. 测量过程中流体有扰动 D. 测量时间足够长 【答案】C 【解析】流体有扰动时，其内部流动状态不稳定，会影响粘度测量结果，导致测量值不准确。温度稳定、仪器校准且测量时间足够长有利于得到准确的粘度测量值。 1. 某流体在圆形管道中流动，若流量不变，将管径增大一倍，同时流体粘度变为原来的一半，此时管道内流体的流动阻力（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 变为原来的四倍 【答案】B 【解析】根据圆管流动阻力公式，流量不变时，管径增大，流速减小，且粘度减小，综合作用使流动阻力减小。 2. 对于非牛顿流体，其粘度（ ） A. 始终为常数 B. 只与温度有关 C. 与剪切应力和剪切速率有关 D. 与流体密度有关 【答案】C 【解析】非牛顿流体的粘度不是常数，与剪切应力和剪切速率有关，不像牛顿流体粘度只与流体性质（温度等）有关。 3. 下列关于流体粘度的说法，正确的是（ ） A. 粘度是导致流体产生内摩擦力的原因 B. 粘度越大，流体越容易流动 C. 理想流体具有很大的粘度 D. 粘度与流体的质量有关 【答案】A 【解析】流体的粘性导致内摩擦力产生，粘性用粘度衡量；粘度越大，流动性越差；理想流体无粘性，粘度为\(0\)；粘度与流体分子间相互作用等有关，与质量无直接关系。 1.当流体的温度从20oC升高到50oC时，其粘度（ ） A. 对于液体和气体都增大 B. 对于液体和气体都减小 C. 对于液体减小，对于气体增大 D. 无法确定 【答案】C 【解析】液体粘度随温度升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。 2.下列流体中，粘度随温度变化最不明显的是（ ） A. 水 B. 硅油 C. 乙醇 D. 甲苯 【答案】B 【解析】硅油分子结构稳定，其粘度受温度影响较小，相比水、乙醇、甲苯，粘度随温度变化最不明显。 3.某流体在圆管内流动，当流体粘度增大时，其沿程损失（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 【答案】A 【解析】沿程损失与流体粘度有关，粘度增大，流体流动时内摩擦力增大，沿程损失增大。 · 定义：流体内部阻碍相对流动的性质，是流体流动时内摩擦力的量度。 · 影响因素：温度升高，液体粘度降低，气体粘度升高；压力对液体粘度影响较小，但对气体粘度影响较大。 · 单位：国际单位为帕秒（Pa·s），常用单位还有毫帕秒（mPa·s）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$